干密度和含水率對紅黏土崩解特性的影響研究

吳英蘭

(遼寧省公路勘測設計公司 沈陽市 110006)

0 引言

紅黏土作為我國南方地區極具代表性的土類,覆蓋地域十分遼闊[1],不同地區的紅黏土礦物的含量大不相同,但是一般都含有高嶺石、蒙脫石和伊利石等親水礦物[2],這導致紅黏土在浸水環境下表現出較差的水穩定性,容易出現崩解現象[3],最終導致紅黏土路基遭到破壞。

濕化崩解試驗是能夠表征土崩解特性的基本試驗之一,因此很多學者利用濕化崩解試驗對紅黏土的崩解特性展開研究。李善梅等[3]利用自主制作的崩解儀器對非飽和紅黏土進行崩解試驗,研究發現壓實度的增加會加劇紅黏土崩解,崩解率不斷增加;含水率的增加會使紅黏土的抗崩解能力出現先增強后減弱的特點,當含水率達到最佳時,其抗崩解性能最好。張國棟等[4]對膨脹性紅黏土的崩解裂隙度進行研究,研究發現含水率的增加會改善紅黏土的崩解,并且不同含水率下紅黏土的崩解裂隙度都依次呈現出三種階段:裂隙快速演化階段、裂隙緩慢擴展階段以及裂隙趨于穩定階段。曾慶建等[5]研究了含水率和溫度對紅黏土崩解特性的影響,發現溫度的升高則對紅黏土的抗崩解特性起著抑制作用。

以三明將樂的紅黏土作為研究對象,通過濕化崩解試驗,對不同含水率和不同干密度條件下紅黏土的崩解現象進行分析,并獲得最終崩解時間和最快崩解速率,探討不同含水率和不同干密度對紅黏土崩解特性的影響,為實際工程提供參考。

1 試驗簡介

1.1 試驗材料

試驗用紅黏土來自福建省三明市將樂縣,通過基本物性試驗得到該場地紅黏土塑限32.10%、液限63.56%、塑性指數31.46。通過擊實試驗可知,該場地紅黏土最大干密度1.662g·cm-3,最佳含水率為23%。

1.2 試驗方案

濕化崩解試驗取含水率和干密度兩個變量,含水率從20%開始,按3%逐漸遞增,選擇四個含水率數值進行試驗,干密度分別選擇1.429 g·cm-3、1.496 g·cm-3和1.546 g·cm-3為數值進行試驗,具體試驗方案見表1。

表1 試驗方案

1.3 試驗方法

將紅黏土風干碾碎,過2mm篩,按照規定含水率加水均勻拌和,然后裝入袋子中靜置24h,制成5cm×10cm的三軸試樣,將試樣在恒溫恒濕條件下養護28d,根據《土工試驗方法標準》[6](GBT 50123—2019)中的濕化崩解試驗進行試驗,濕化崩解儀如圖1所示。

圖1 崩解試驗儀(單位:mm)

圖1中:1為100mm量筒;2為帶有正方形孔洞的金屬網;3為外筒;4為5cm×10cm三軸試樣。

2 崩解試驗現象與結果

2.1 不同干密度和含水率下紅黏土崩解試驗現象

不同干密度和含水率下的紅黏土試樣完全進入水中后均有氣泡冒出,試樣出現裂紋以及試樣有片狀土粒剝落現象。但是不同含水率下的紅黏土試樣崩解特性并不完全相同,具體現象如表2所示。

表2 不同干密度和含水率紅黏土試樣的崩解現象

由表2可知:(1)隨著含水率的增大,紅黏土試樣浸入水中后,開始崩解的時間延長,試樣表面冒出的氣泡逐漸減少,試樣表面裂縫發育逐漸減少,完全崩解的時間延長;(2)隨著干密度的增大,紅黏土試樣浸入水中后,開始崩解的時間延遲,并且完全崩解的時間也越來越延后,整體的抗崩解特性改善。

2.2 不同干密度和含水率下紅黏土崩解試驗結果

分別以干密度和含水率作為x軸,紅黏土試樣最終崩解時間作為y軸,如圖2、圖3所示。

圖2 不同含水率下紅黏土試樣最終崩解時間變化規律

圖3 不同干密度下紅黏土試樣最終崩解時間變化規律

由圖2和圖3可知:(1)含水率和干密度的增大都能延長紅黏土試樣完全崩解的時間,對紅黏土的抗崩解特性有著促進作用;(2)不同含水率和干密度下紅黏土試樣完全崩解時間變化趨勢大致相同;(3)當含水率從26%變化到29%時,紅黏土試驗完全崩解時間增加幅度最大;(4)相較于含水率來說,干密度的變化對紅黏土試驗完全崩解時間的影響較小,增加幅度大大減小。

分別以干密度和含水率作為x軸,紅黏土試樣最快崩解速率作為y軸,其中崩解速率為某一時刻的崩解量與到達此崩解量經過時間的比值,如圖4、圖5所示。

圖4 不同含水率下紅黏土試樣最快崩解速率變化規律

圖5 不同干密度下紅黏土試樣最快崩解速率變化規律

由圖4和圖5可知:(1)含水率和干密度的增加都能夠減小紅黏土試驗在水中的最快崩解速率;(2)當含水率從20%變成23%時,紅黏土試驗浸水時的最快崩解速率降低幅度最大。當含水率從23%變成26%和29%,紅黏土試驗的最快崩解速率降幅較小;(3)當含水率為23%、26%和29%時,干密度的變化對紅黏土試驗最快崩解速率的影響較小,降低幅度不大,但是當含水率達到20%時,干密度的變化對紅黏土試驗最快崩解速率的影響很大。

3 結論

通過對三明將樂地區紅黏土進行濕化崩解試驗,以最終崩解時間和最快崩解速率作為指標,分析不同含水率和不同干密度條件下紅黏土崩解特性的變化規律,得到以下結論:

(1)紅黏土的崩解特性同時受到含水率和干密度兩個方面的影響,并且可以通過最終崩解時間和最快崩解速率直觀表現出來。

(2)紅黏土的最終崩解時間隨著含水率和干密度的增加逐漸延長。

(3)紅黏土的最快崩解速率隨著含水率和干密度的增加逐漸變緩。

(4)含水率和干密度的增加均可以促進紅黏土的抗崩解性能,提供紅黏土的水穩定性。